89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

micznym w czterech etapach. Pierwszy z nich związany
jest z parowaniem wody obecnej w strukturze białka. W
kolejnych etapach uwalniana jest woda związana oraz
małocząsteczkowe produkty termicznego rozkładu keratyny.
Natomiast na termogramach filmów chitozanowych
oraz mieszanin widoczne są tylko dwa etapy degradacji.
Najwyższą temperaturę dla procesu odparowania wody
zaobserwowano w przypadku chitozanu, a dodatek keratyny
obniża jej wartość, TAB.1. Film chitozanowy charakteryzuje
się także największym ubytkiem masy w tym etapie przemian
termicznych, a wzrost zawartości keratyny w materiale
powoduje obniżenie ilości wody ulegającej odparowaniu.
Sugeruje to, że dodatek keratyny obniża hydrofilowość
materiału chitozanowego. Drugi pik na krzywej DTG chitozanu,
charakteryzujący maksymalną szybkość procesu
termicznego rozkładu próbki, zanotowano przy temp. 284 o C.
Niewielki dodatek keratyny (5, 15%) poprawia nieznacznie
stabilność termiczną materiału, jednak 30% udziału białka w
mieszaninie obniża tą wartość, TAB.1. ubytek masy próbki
wzrasta wraz z zawartością keratyny w próbce, by osiągnąć
maksymalna wartość dla czystego białka (72,3% przy
uwzględnieniu ostatnich trzech etapów degradacji)
Wartości parametrów mechanicznych takich jak naprężenie
na granicy plastyczności (σ Y) i przy zerwaniu (σ B)
oraz wydłużenie względne na granicy plastyczności (εY)
i przy zerwaniu (ε B) zestawiono w TABELI 2. Stwierdzono,
że 5% dodatek keratyny poprawia wytrzymałość filmów
chitozanowych zarówno przy granicy plastyczności jak i zerwaniu,
jednak niekorzystnie wpływa na wartość wydłużenia
względnego. Prawdopodobnie efekt ten jest spowodowany
powstawaniem międzycząsteczkowych wiązań wodorowych
między składnikami materiału. Większy udział keratyny w
filmie (15, 30%) powoduje pogorszenie właściwości mechanicznych.
Wysoka zawartość keratyny, pomimo tworzenia
wiązań poprzecznych, powoduje destabilizację struktury
filmu, najprawdopodobniej ze względu na zbyt małą długość
łańcuchów białkowych.
wnioski
Na podstawie badań stwierdzono, że mały dodatek
hydrolizatów keratyny (5%) do chitozanu poprawia wytrzymałość
materiału, jednak zwiększenie dodatku białka
niekorzystnie wpływa na właściwości mechaniczne. Także
stabilność termiczna materiałów chitozanowych nieznacznie
rośnie w obecności niewielkich ilości keratyny. Można także
przypuszczać, że materiały zawierające keratynę będą
wykazywały mniejszą zdolność do absorpcji wody niż filmy
z czystego chitozanu.
Piśmiennictwo
[1] A. Aluigi, M. Zoccola, C. Vineis, C. Tonin, F. Ferrero, M. Canetti,
Study on the structure and properties of wool keratin regenerated
from formic acid, Int. J Biol. Macromol. 2007, 41, 266-273
[2] A. Kurimoto, T. Tanabe, A. Tachibana, K. Yamauchi, Keratin
sponge: immobolization of lysozyme, J Biosc. Bioeng. 2003, 96,
307-309
[3] H.J. Chun, G.-W. Kim, C.-H. Kim, Fabrication of porous chitosan
scaffold in order to improve biocompatibility, J Phys. Chem. Sol.
Stat. 2008, 69, 1573-1576
[4] L. Zhao, J. Chang, Preparation and characterization of macroporous
chitosan/wollastonite composite scaffolds for tissue
engineering, J Mat. Sci.: Mat. Med. 2004, 15, 625-629
[5] O.C. Wilson Jr., J.r. Hull, Surface modification of nanophase
hydroxyapatite with chitosan, Mat. Sci. Eng. C 2008, 28, 434-437
chitosan/keratin films underwent the thermal changes only
in two stages. The temperature of the water evaporation
was the highest for chitosan film and addition of keratin
decreased this value, TAB.1. Also the highest value of weight
loss at the firs stage for chitosan sample was observed.
As the keratin content in samples had increased, the loss
of water was smaller, TAB.1. It suggests that addition of
keratin has decreased the hydrophilicity of chitosan films.
The second peak on the DTG curve of chitosan sample
appeared with a maximum at 284 o C. Small additions of
keratin (5, 15%) improved slightly the thermal stability of
blends, while the samples with high content of the protein
exhibited the lower temperature of the maximum speed of
the thermal degradation, TAB.1. The weight loss increased
with the higher amount of keratin in the sample and accomplished
the maximum value for pure keratin (72,3% as
a sum of three stages), TAB.1.
Mechanical properties as ultimate tensile strength at
a yield point (σ Y) and at breaking point (σ B) and ultimate
percentage elongation at a yield point (ε Y) and at breaking
point (ε B) of chitosan films and its blends with keratin are
presented in TABLE 2. The 5% of addition of keratin hydrolysates
to chitosan material improved its strength, at the yield
point as well as at breaking point while the ultimate percentage
of elongation exhibited the lowest value. Probably the
intermolecular hydrogen bonds between both biopolymers
had been created. However, the films containing 15% and
30% of keratin hydrolysates were less strong. High amount
of keratin, despite of formation of hydrogen bonds, have
destabilized the structure of the materials, probably because
of too low length of keratin chains.
conclusion
Our study demonstrated that small addition (5%) of
keratin hydrolysates to chitosan biomaterial improved its
mechanical strength. However higher amount of keratin
in film decreased its mechanical parameters. Also thermal
stability increased with the small addition of keratin. We
can also expect that absorption of water will be smaller for
keratin/chitosan blends than for pure polysaccharide.
references
[6] S.V. Madihally, H.W.T. Mattew, Porous chitosan scaffolds fro
tissue engineering, Biomaterials 1999, 20, 1133-1142
[7] A. Vasconcelos, G. Freddi, A. Cavaco-Paulo, biodegradable
materials based on silk fibroin and keratin, Biomacromolecules
2008, 9, 1299-1305
[8] P. Sierpinski, J. Garrett, J. ma, P. Apel, D. Klorig, T. Smith, L.A.
Koman, N. Atala, M. Van Dyke, The use of keratin biomaterials
derived from human hair for the promotion of rapid regeneration of
peripherial nerves, Biomaterials 2008, 29, 118-128
[9] M. Zoccola, A. Aluigi, C. Vineis, C. tonin, F. Ferrero, M.G. Piacentino,
Study on cast membranes and electrospun nanofibres
made from keratin/fibroin blends, Biomacromolecules 2008, 9,
2819-2825
[10] T. Tanabe, N. Okitsu, A. Tachibana, K. Yamauchi, Preparation
and characterization of keratin-chitosan composite film, Biomaterials
2002, 23, 817-825
125